電子加速器をベースにしたマルチエネルギー貨物検査システム
同じエネルギーの線形加速器と比べて、より小型で、より効率的で、より安価な小型電子加速器を備えた、マルチエネルギーを用いた貨物検査システムである。このシステムは、コンテナの元素含有量を認識する性能を強化したものであり、隠された爆発物や核分裂性物質を見つけるために使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貨物検査システムに関するものであり、特に、貨物専用コンテナの元素含有量を認識するための改良された能力を有する電子加速器を使用した貨物検査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テロ活動に対する関心の高まりを背景に、通関時（points of entry）における貨物検査と、禁制品、特に爆発物及び核分裂物質の特定のための、より効率的で、より効果的なシステムを提供することに対する感心が高まっている。飛行機内への持ち込みかばんや手荷物による禁制品の密輸は周知であり、以前からの継続的な懸念事項である一方、あまり公にされていないが、同じく深刻な脅威は、大型貨物専用コンテナを使用した国境を越えた禁制品の密輸及び船による禁制品の密輸である。
【０００３】
大型コンテナの内容物を管理するシステムの開発は、２つの異なる方向に進められてきた。
【０００４】
１．第１の方向は、制動放射線を発生させる高エネルギー（２．５〜９ＭｅＶ）の高周波電子線形加速器（ＲＦ ｌｉｎａｃ〔ＲＦライナック〕）のＸ線機器への追加である。
【０００５】
ＲＦライナックでは、荷電粒子を加速するために、電磁波が使用されている。ＲＦライナックには、進行波型と定常波型の２つのタイプがある。進行波型ライナックは、波の速度を加速された粒子の速度まで減速させるダイヤフラムを有した円形導波管である。０．５ＭｅＶを超えるエネルギーを有する電子の速度は光の速度とほぼ同じである。定常波型ライナックは、電磁波の波長の半分に近い長さを有する複数の空洞を結合した結合空洞の連鎖である。ほとんどの電子ＲＦライナックは１０〜１０．５ｃｍの波長（すなわち、周波数が２９９８〜２８５６ＭＨｚ）で動作し、この波長域は、Ｓ帯と呼ばれる。進行波型ライナックで電子ビームを１０ＭｅＶに加速するためには、その長さは２．２〜２．５ｍである必要があり、粒子の集束用に導波管の上にソレノイドを取り付ける必要がある。定常波型ライナックで同じビームエネルギーにまで電子ビームを加速するためには、その長さはおおよそ２倍短くてよく、集束用ソレノイドを必要としない。しかしながら、高出力サーキュレータによって反射される波からＲＦ源を保護しなければならない。いずれのタイプのライナックでも、加速場を作り出すには、２．５〜３ＭＷのパルスＲＦ電力消費が必要であり、１〜１．５ＭＷのＲＦ電力がビームに伝達されるため、貨物検査用ライナックに必要な合計ＲＦ電力は３．５〜４．５ＭＷになる。電磁波の波長を短くする、すなわちＣ帯（５．５〜２５ｃｍ）にすることで、加速場を作り出すために必要となるライナックの長さはおおよそ２倍、ＲＦ電力はおおよそ１．５倍少なくて済む。
【０００６】
ＲＦライナックは制動放射線（bremsstrahlung radiation）を発生させる。制動放射（または制動輻射）は、いわゆる制動放射用ターゲットに電子がぶつかる際に発生する。最大数の光子を発生させるために、ターゲットは厚さ１．５〜２ｍｍで、高い融点をもつ重元素の物質、例えばタングステン（tungsten）やタンタル（tantalum）から作られている。１０ＭｅＶでは、電子エネルギーの８〜１０％がＸ線放射のエネルギーに変換される。発生したＸ線放射のエネルギースペクトルは連続的であり、終点エネルギー（end-point energy）は電子エネルギーと等しく、エネルギーの減少とともに光子の数は増加する。Ｘ線エネルギースペクトルはいわゆるエネルギーフィルター（制動放射用ターゲットの後に取り付けられる軽元素吸収体）を使用することで強めることができる。
【０００７】
制動放射線を発生させる２．５〜９ＭｅＶのＲＦライナックにより、コンテナエリア全域にわたる高エネルギーＸ線の吸収の変化または散乱因子（scattering factor）を検出することが可能になり、したがって、コンテナの内容物の画像を再現することができる。現在、この技術をベースにした１００以上のシステムが、主に世界中の海港に設置されており、禁制品の発見に使用されている。
【０００８】
２．第２の方向は、核過程（低速及び高速中性子の捕獲及び散乱、高エネルギー単色Ｘ線吸収、光核反応、遅延中性子のレジストレーション（delayed neutron registration））を含む、より複雑なプロセスに基づいている。開発されている方法は、コンテナの内容物の詳細を再現することを目的としておらず、むしろ爆発物または核分裂物質がコンテナに入っていた場合に警報信号を発生することを目的としている。低速中性子捕獲をベースにした初期の設備は１９８０年代に開発され、空港に設置され、現在、誤認警報が少ないが、高出力で稼働できる製品はない。その主な理由としては、核反応断面積（cross-section）（確率）が小さいため、低水準の応答信号となること、適切なパラメータのプローブ粒子源が欠如していること、及び粒子検知器の能力が限られていることが挙げられる。
【０００９】
（いくつかの中国のシステムを除いて）世界中で稼働している多くの貨物検査システムでは、ヴァリアンメディカルシステムズ社（Ｖａｒｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）製のＬｉｎａｔｒｏｎ−Ｍの商品名で販売される機械を使用した上述の第１の方向で開発されたシステムが設置されている。この機械は、当初は医薬品及び欠陥検査のために開発されたもので、長年にわたって広く使用されてきた。１．９，３，６及び９ＭｅＶの固定電子ビームエネルギーの改良型が製造されている。９ＭｅＶの機械のサイズ及び重量は、次の通りである。
【００１０】
高さ 幅 長さ 重量
（ｃｍ） （ｃｍ） （ｃｍ） （ｋｇ）
加速ヘッド ６４ ３０ １４２ １５０
変調器 １２２ ９２ ７６ １５０
ＲＦ源 ３４ ６１ １０７ １３６
冷却／温度調節器 ５１ ７１ ６２ ７５
コントロール １８ ４８ ３０ １０
この表の１行目からもわかるように、Ｌｉｎａｔｒｏｎ−Ｍの加速ヘッドによって占有される容積は６．４ｍ×３．０ｍ×１４．２ｍ＝２７３ｍ3である。９ＭｅＶのビームを作り出すＬｉｎｔａｒｏｎ−Ｍには、およそ５ＭＷのクライストロンが必要である。
【００１１】
最近、第１の方向で開発されたものが提案されている。この提案では、異なるエネルギーの２つの電子ライナックが交互に動作して、コンテナの同じ箇所を照射する２つの終点エネルギーの制動Ｘ線放射を発生させる。Ｘ線の吸収または散乱断面積エネルギー依存度が元素ごとに異なることが、例えば、爆発物中の窒素（nitrogen）や核分裂性物質中のプルトニウム（plutonium）のような軽元素または重元素が異常に含まれていることを認識するための基礎となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、交互に動作する２つの異なるエネルギーの電子ライナックが、コンテナの同じ箇所を照射する２つの終点エネルギーの制動Ｘ線放射を発生する、上述の第１の方向をさらに改良したものである。本発明によれば、電子加速器の独自の設計により、従来使用された２つの異なるレベルを超えてエネルギーを変化させることを可能にしている。
【００１３】
本発明の電子加速器は、およそ１０００Ｈｚの繰り返し周波数で、４〜１０ＭｅＶの範囲内で４段階にエネルギーを変化させることができるビームを発生するのに使用される。したがって、本発明は、貨物検査で禁制品を発見するために、マルチエネルギー技術を採用する。
【００１４】
本発明では、同等のエネルギーのシングルライナックより小型で、より効率的で、より安価なユニークな線形加速器が使用される。それと同時に、本発明の線形加速器は４台のライナックを置き換えることができるので、本加速器に備えられたＸ線源は、同等のライナックをベースにしたＸ線源よりほぼ一桁も安価である。１つや２つではなく、複数の終点エネルギーを使用することで、元素の認識性能を大きく向上させている。
【００１５】
本発明のマルチエネルギー貨物検査システムは、元素含有量の認識性能が向上しており、およそ０．５ｍ／ｓの速度で移動しているコンテナの元素含有量を認識することができ、隠された爆発物や核分裂性物質を検出することに使用できる。
【００１６】
これら及びその他の利点は、最大電子エネルギーが１０ＭｅＶであるレーストラック型マイクロトロンを備えた小型のマルチエネルギー電子加速器から構成された本発明の貨物検査システムによって提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による貨物検査システムの概略図である。
【図２】図１の貨物検査システムで使用される線形加速器の概略図である。
【図３】Ｎ（窒素）、Ｆｅ（鉄）及びＵ（ウラン）のエネルギーの質量減衰係数を示すグラフである。
【図４】４，６，８及び１０ＭｅＶの電子エネルギーに対する制動放射スペクトルを示すグラフである。
【図５】準単色の制動放射差スペクトルを示すグラフである。
【図６】準単色スペクトルの減衰測定を示すグラフである。
【図７】Ｎ（窒素）、Ｆｅ（鉄）及びＵ（ウラン）のエネルギーの質量減衰係数を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を説明する。はじめに図１を参照すると、本発明の貨物検査システム１０が図示されている。貨物検査システム１０は、電子加速器１１を備えている。電子加速器１１は、制動Ｘ線放射のビームを発生させるタングステン（tungsten）やタンタル（tantalum）などの高原子番号の物質からなる制動放射ターゲット１２に衝突する電子源を提供する。貨物専用コンテナなど、スキャンする対象であるオブジェクト１３は、制動放射源１２と検出器１４の間を移動する。オブジェクト１３を透過した放射線は、そのオブジェクト及びその内容物によって、異なる度合で吸収または散乱され、減衰（attenuation）が検出器１４によって感知される。Ｘ線の吸収または散乱断面積のエネルギー依存度が元素ごとに異なることが、例えば、爆発物中の窒素（nitrogen）や核分裂性物質中のプルトニウム（plutonium）のような軽元素または重元素が異常に含まれていることを認識するための基礎となっている。
【００１９】
図２に詳細に図示されている電子加速器１１は小型の１０ＭｅＶレーストラック型マイクロトロン（ＲＴＭ）１５である。ＲＴＭ１５は電子ビームを発生させる電子銃１６と、通過することでビームが加速される線形加速器（ライナック）１７と、ビームを偏向させて、ライナックに戻しビームを通過させることを複数回行うための一対のエンドマグネット１８及び１９とから構成されている。ＲＴＭは複数のファストキッカーマグネット２０も有している。
【００２０】
ＲＴＭ１５の稼動時は、電子銃１６が最大エネルギーが１０ＭｅＶである電子ビームを発生させる。電子銃１６からのビームは電子ライナック１７に入り、そこで加速される。ライナック１７から出た後、ビームは、エンドマグネット１８によってライナック１７に戻るように偏向される。ビームがライナック１７から出ると、さらに他のエンドマグネット１９によって、複数あるうちのひとつのファストキッカーマグネット２０に向かって偏向される。ビームはファストキッカーマグネット２０からエンドマグネット１８に戻され、そこからライナック１７を通過する軌道を繰り返し、エンドマグネット１９の補正ダイポール（correcting dipoles）に戻る。ＲＴＭは適切なＲＦ、真空、高電圧、冷却及びコントロールを行う各システムのもとで稼動される。
【００２１】
ＲＴＭの物理的、操作上のパラメータは次の通りである：
ビームエネルギー ４，６，８，１０ＭｅＶ
動作周波数 ２８５６ＭＨｚ
同期エネルギー利得 ２ＭｅＶ
エンドマグネットの磁場 ０．４Ｔ
入射エネルギー ４０ｋｅＶ
パルスＲＦ電力 １６００ｋＷ
平均ビーム電流 １００μＡまで
繰り返し率 １０００Ｈｚまで
ＲＴＭ寸法 ７５０×２５０×１４０ｍｍ
ＲＴＭ重量 ＜６０ｋｇ
本発明のＲＴＭは、ライナックと円形加速器の利点を兼ね備えている。ＲＴＭは高強度、狭スペクトルで、正確に一定のエネルギーの電子ビームを発生させる。従来の機械と比べて、より小型で軽い重量で、電力消費も少ない。この加速器を貨物検査システムに利用した場合の主な利点は、各動作サイクルにおいて一定の段階ごとに取り出されたビームエネルギーを変更することができることであり、最大１０００Ｈｚの繰り返し周波数で続けることができ、ビームの質を維持している。
【００２２】
ＲＴＭは、ライナック１７と偏向マグネット１８及び１９との組み合わせであり、この組み合わせは電子ビームが同じライナックで複数回加速されるように構成されている。もし同じエネルギーを得るためにビームがライナックをＮ回通過した場合、ひとつのライナックだけの場合と比べると、加速場を作るのに必要となるその長さ及びＲＦ電力はＮ倍少なくなる。結果として、ＲＴＭはライナックだけの場合に比べて、より小型で安価でより効率的になる。平均電力が高いビーム（数ｋＷ以上）を発生させる場合に、ＲＴＭの使用は電流不安定性による制限を受けるが、ＲＴＭは平均電力が低・中程度の場合に最も適しており、その典型例が貨物検査システムである。
【００２３】
本発明のＲＴＭは、次の（ａ）〜（ｃ）の理由から小型にすることができる。（ａ）入射方法が特別な入射や及び複数の補正ダイポール（compensation dipoles）を必要としないため、エンドマグネット間の距離をおよそ２倍縮めることができる、（ｂ）両トランスバースプレーン（both transverse planes）におけるＲＦフォーカシング（RF focusing）を備える加速構造がＲＴＭの光学系を単純化して、長手方向の寸法を２０〜３０％短くすることができる、（ｃ）エンドマグネットが希土類永久磁石（ＲＥＰＭ）の素材からできており、これによってマグネットの体積を２〜３倍少なくすることができる。また、本発明のＲＴＭは、次の（ａ）〜（ｃ）の理由から軽量にすることができる。（ａ）１回の通過で２ＭｅＶのエネルギー利得しか発生させないので、１０ＭｅＶのライナック加速構造と比べると５〜６倍軽くすることができる、（ｂ）ＲＴＭに供給するパルスＲＴＭ ＲＦ電力が１０ＭｅＶライナックの場合よりも３〜４倍少ないので、ＲＦ源及び変調器の重量が少ない、（ｃ）ＲＥＰＭ素材で作られたエンドマグネットが電磁石よりも５０％軽い。
【００２４】
重量を減らし、寸法を短くして加速器の工学的設計を単純にするために、ＲＴＭの要素は正確に機械加工された土台に配置され、加速器全体は内部寸法がおよそ７５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１４０ｍｍで、ターボ分子ポンプで真空にされた真空箱に収められている。主なＲＴＭの要素（エンドマグネット、ライナック、土台）の合計重量は、６０ｋｇを超えない。
【００２５】
各動作サイクルで取り出されたビームエネルギーの変更は、各軌道に設置されているファストキッカーマグネット２０によって達成されており、照射プログラムによる励起はＲＴＭ ＲＦシステムの動作に同期されている。制動放射ターゲットでの電子ビームの大きさを小さく保つために、パルス四重極（pulsed quadrupoles）が使用される。
【００２６】
本発明のＲＴＭは、従来技術と比べると、大きさ及び重量に大きな利点がある。これまでに製造されたパルスＲＴＭ（ただし、原理を実証するために実験室に最初に設置される設備（first proofing principle laboratory installations）は除かれる可能性がある）は５０〜１５０ＭｅＶの範囲で動作する。およそ９〜１０ＭｅＶが標準的なエネルギーである円形マイクロトロンは、本発明のＲＴＭと比較すると巨大であり、取り出されたビームエネルギーの高速変更ができない。電子ライナックは調整された出力エネルギーで使用可能であるが、この調整は、定常波構造の場合は、ＲＦ源の電力変更、ビーム装填の変更、またはカップリングセルの再調整により行い、また、マルチセクションライナックの場合には、ＲＦ電力／位相の変更により行う。いずれの場合も、本発明のＲＴＭのビームの品質とエネルギー切替速度とは比較にならない。
【００２７】
加速ヘッドの占有体積が２７３ｍ3である上述したＬｉｎａｔｒｏｎ−Ｍと比較すると、本発明によるＲＴＭの加速ヘッドの占有体積は、およそ１０倍も少ない１．４ｍ×２．５ｍ×７．７ｍ＝２７ｍ3であり、Ｌｉｎａｔｒｏｎ−Ｍは、２．５倍重い。Ｌｉｎａｔｒｏｎ−Ｍが９ＭｅＶを発生させるのにおよそ５ＭＷのクライストロンが必要となるが、本発明による加速器では、１．６ＭＷのクライストロンで足り、そのため、ＲＦ、冷却装置及び変調器は小型で軽量にできる。
【００２８】
したがって、本発明は、現在使用されているライナックに比べてより小型で、およそ３倍軽量で、およそ３倍効率的である貨物検査システム用の１０ＭｅＶ電子加速器を提供する。本発明のビームエネルギーは、１０００Ｈｚの繰り返し周波数により２ＭｅＶ刻みで４〜１０ＭｅＶの範囲で変更可能である。これによって被検査オブジェクトの元素組成を検知する貨物検査のために、マルチエネルギー技術の採用が可能になる。
【００２９】
全てのシステム（ＲＦ、変調器、冷却装置、コントロール）を含めて、現在入手可能な１０ＭｅＶビームエネルギーのライナックの値段は、製造者によって異なるが、百万〜３百万ドルの範囲内である。全てのシステムを含む本発明によるＲＴＭはかなり安価になるはずである。ＲＴＭはマルチエネルギー技術によって、最大４つまでライナックを置き換えることができる。そのため、同等のライナックベースのシステムと比べるとおよそ１０倍の費用削減となる。
【００３０】
［動作理論］
貨物に隠された禁制品を認識するためには、特定の物質に固有に関連付けられた曝露信号（exposure signal）に対する反応（response）を取得しなければならない。外部放射によって原子核を調べることは、特定の物質の「指紋」をとるひとつの方法である。しかしながら、原子核による方法では、コンテナの内容物を視覚化することはできず、残留放射能は可能である。そのため、Ｘ線源として２〜１０ＭｅＶの電子加速器をベースにした標準的な貨物検査システムの性能を拡張することが非常に望ましい。１０ＭｅＶ未満のエネルギーをもつ電子によって生じるＸ線スペクトルでは、ほとんどの原子核についてエネルギーレベルが光核反応の閾値に足らないため、特定の物質に固有の一意の標識（label）として、原子的な過程に依存して検出を行わざるをえない。このことは、以前は５０〜２００ｋｅＶのエネルギー範囲において二重エネルギー法（dual energy method）によって行われており、最近では、この方法は４〜９ＭｅＶのより高い範囲に適用されている。Ｘ線の吸収断面積のエネルギー依存度が元素ごとに異なることが、軽元素または重元素が異常に含まれていることを認識するための基礎となっている。図３は質量減衰係数のエネルギー依存度を示している（μ／ρ）。μは減衰係数であり、ρは１〜２０ＭｅＶのエネルギーの範囲での窒素（nitrogen）、鉄（iron）、ウラン（uranium）の物質密度である。対生成過程（pair production process）は、およそ１ＭｅＶ以上のエネルギーに対する減衰係数の依存度が異なることの主な原因である。すなわち、エネルギーとともに窒素（nitrogen）は減衰し、ウラン（uranium）は増大する。
【００３１】
１〜１０ＭｅＶの範囲で高い繰り返し周波数に応じてエネルギーが変化する単色Ｘ線源があるとすると、放射された貨物の各位置ではエネルギーの減衰係数のエネルギー依存度だけが計測でき、統計上の誤差によって定義される確率によって、コンテナ全体にわたる実効原子番号の分布が推定される。しかし、そのようなＸ線源は存在しない。したがって、図４に示すように、制動放射ターゲットに衝突する異なる電子エネルギーごとに、連続スペクトルの制動放射線を用いて検出を行わなければならない。制動放射スペクトルの最大または終点エネルギーは電子エネルギーと同等である。
【００３２】
光核反応研究において、制動放射の連続スペクトルを使用して断面積のエネルギー依存度を取得するという似たような問題があったことは、しばらくの間よく知られていた。しかしながら、この問題は異なる終点エネルギーで計測した反応収率の違いを利用することで解決された。要するに、この手法は、図５に示した準単色Ｘ線スペクトルを使用する手法と同等である。準単色スペクトルの最大値は、減算されたスペクトルの終点エネルギーと等しい有効エネルギーに位置づけられる。
【００３３】
このように、二重エネルギー法において２つの電子エネルギーだけを使用することは、ひとつの有効エネルギーにおいてのみ減衰係数を測定することと等しいことは明白である。Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ（−μeffｔeff）の式で、減衰係数とともに、Ｘ線フラックスの減衰を決定する物質の有効厚さｔeffが不明なために、二重エネルギー法の物質認識性能には限界がある。
【００３４】
しかしながら、同じコンテナエリアに放射する制動放射線を発生する複数の電子エネルギーを使用することで性能は高められた。異なる４つの電子エネルギーの場合、差を利用することで、減衰積μeffｔeffは３つの有効Ｘ線エネルギーにおいて見積もることができる（図６）。有効厚さが一定であると仮定するとμeffの相対エネルギー依存度を得ることができる。本発明によれば、ＧＥＡＮＴコードによる広範なコンピュータシミュレーションを行って、物質の認識のためのマルチエネルギー技術の詳細を入念に決定し、未加工の検知器情報の開発のための高い生産性のソフトウェアを作成する。
【００３５】
マルチエネルギー電子加速器を備えた貨物検査システムにおける物質の認識のためにマルチエネルギー技術を採用する本発明を使用することによって、有効物質減衰係数のエネルギー依存度を取得できる可能性があるため、二重エネルギー法に比べて物質の認識性能が２倍または３倍向上する。同時に、本発明によれば、最大１０００Ｈｚの繰り返し周波数のパルスビームにより、貨物検査システムの生産性が２０〜３０％向上する。
【００３６】
本発明については、貨物専用コンテナのような大型のオブジェクトの検査に関して説明してきたが、マルチエネルギー技術は小型及び中型のオブジェクトを検査できる低いエネルギー（５０〜２００ｋｅＶ）範囲にも適用可能である。
【００３７】
図７は、質量減衰係数のエネルギー依存度（μ／ρ）を示している。μは減衰係数であり、ρは１〜１０００ｋｅＶのエネルギーの範囲での窒素（nitrogen）、鉄（iron）及びウラン（uranium）の物質密度である。このエネルギーの範囲では、光電相互作用がＸ線減衰の主な原因であり、原子番号Ｚに対する質量減衰係数の強い依存度が引き起こされる。この原子番号Ｚに対する強い依存度が、小型または中型のオブジェクトの物質認識においての二重エネルギー法が成功していることの基礎となっている。重元素を正確に認識するために特に重要なのは、減衰係数に見られ、特定の原子殻の励起に関連付けられた吸収ピークである。さらなる改良としては、低いエネルギーにおける複数の制動放射スペクトルのフィルタリングの実現性を大幅に高めることがあり、このことによって、本質的なスペクトル波形の修正が可能となる。
【００３８】
このように、複数の準単色Ｘ線スペクトルを使用すると、物質認識の性能の向上と、誤認警報信号の回数を減らすことにつながることは明らかである。上述の制動放射差スペクトル技術は、このエネルギーの範囲に適用することができる。しかしながら、レーストラック型マイクロトロン１０を使用して、５０〜２００ｋｅＶの低エネルギーの電子ビームを生成することが、経済的にも技術的にも見合わない場合があり、二重エネルギー法で使用する電子ビームの発生技術を使用してもよい。他の方法としては、相対論的電子（relativistic electrons）に対する強力なレーザービームのコンプトン散乱（Compton scattering）によって発生される準単色Ｘ線放射を使用して、適切な低エネルギーの電子ビームを発生させることができる。
【００３９】
当然のことながら、ここで説明した実施の形態は本発明の代表的なものにすぎず、本発明を特定の実施の形態に限定することは意図しておらず、本発明は添付の特許請求の範囲に属する全ての実施の形態を含むものである。付加的利点及び修正は、当業者であれば容易に想定されるであろう。したがって、より広範な態様の本発明は、ここで示され、記述された詳細情報及び説明に役立つ実例に限定されない。それゆえに、添付の特許請求の範囲及び均等な範囲において定義された全体的な発明の概念の精神と範囲から逸脱することなく、様々な修正が可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貨物検査システムに関するものであり、特に、貨物専用コンテナの元素含有量を認識するための改良された能力を有する電子加速器を使用した貨物検査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テロ活動に対する関心の高まりを背景に、通関時（points of entry）における貨物検査と、禁制品、特に爆発物及び核分裂物質の特定のための、より効率的で、より効果的なシステムを提供することに対する感心が高まっている。飛行機内への持ち込みかばんや手荷物による禁制品の密輸は周知であり、以前からの継続的な懸念事項である一方、あまり公にされていないが、同じく深刻な脅威は、大型貨物専用コンテナを使用した国境を越えた禁制品の密輸及び船による禁制品の密輸である。
【０００３】
大型コンテナの内容物を管理するシステムの開発は、２つの異なる方向に進められてきた。
【０００４】
１．第１の方向は、制動放射線を発生させる高エネルギー（２．５〜９ＭｅＶ）の高周波電子線形加速器（ＲＦ ｌｉｎａｃ〔ＲＦライナック〕）のＸ線機器への追加である。
【０００５】
ＲＦライナックでは、荷電粒子を加速するために、電磁波が使用されている。ＲＦライナックには、進行波型と定常波型の２つのタイプがある。進行波型ライナックは、波の速度を加速された粒子の速度まで減速させるダイヤフラムを有した円形導波管である。０．５ＭｅＶを超えるエネルギーを有する電子の速度は光の速度とほぼ同じである。定常波型ライナックは、電磁波の波長の半分に近い長さを有する複数の空洞を結合した結合空洞の連鎖である。ほとんどの電子ＲＦライナックは１０〜１０．５ｃｍの波長（すなわち、周波数が２９９８〜２８５６ＭＨｚ）で動作し、この波長域は、Ｓ帯と呼ばれる。進行波型ライナックで電子ビームを１０ＭｅＶに加速するためには、その長さは２．２〜２．５ｍである必要があり、粒子の集束用に導波管の上にソレノイドを取り付ける必要がある。定常波型ライナックで同じビームエネルギーにまで電子ビームを加速するためには、その長さはおおよそ２倍短くてよく、集束用ソレノイドを必要としない。しかしながら、高出力サーキュレータによって反射される波からＲＦ源を保護しなければならない。いずれのタイプのライナックでも、加速場を作り出すには、２．５〜３ＭＷのパルスＲＦ電力消費が必要であり、１〜１．５ＭＷのＲＦ電力がビームに伝達されるため、貨物検査用ライナックに必要な合計ＲＦ電力は３．５〜４．５ＭＷになる。電磁波の波長を短くする、すなわちＣ帯（５．５〜２５ｃｍ）にすることで、加速場を作り出すために必要となるライナックの長さはおおよそ２倍、ＲＦ電力はおおよそ１．５倍少なくて済む。
【０００６】
ＲＦライナックは制動放射線（bremsstrahlung radiation）を発生させる。制動放射（または制動輻射）は、いわゆる制動放射用ターゲットに電子がぶつかる際に発生する。最大数の光子を発生させるために、ターゲットは厚さ１．５〜２ｍｍで、高い融点をもつ重元素の物質、例えばタングステン（tungsten）やタンタル（tantalum）から作られている。１０ＭｅＶでは、電子エネルギーの８〜１０％がＸ線放射のエネルギーに変換される。発生したＸ線放射のエネルギースペクトルは連続的であり、終点エネルギー（end-point energy）は電子エネルギーと等しく、エネルギーの減少とともに光子の数は増加する。Ｘ線エネルギースペクトルはいわゆるエネルギーフィルター（制動放射用ターゲットの後に取り付けられる軽元素吸収体）を使用することで強めることができる。
【０００７】
制動放射線を発生させる２．５〜９ＭｅＶのＲＦライナックにより、コンテナエリア全域にわたる高エネルギーＸ線の吸収の変化または散乱因子（scattering factor）を検出することが可能になり、したがって、コンテナの内容物の画像を再現することができる。現在、この技術をベースにした１００以上のシステムが、主に世界中の海港に設置されており、禁制品の発見に使用されている。
【０００８】
２．第２の方向は、核過程（低速及び高速中性子の捕獲及び散乱、高エネルギー単色Ｘ線吸収、光核反応、遅延中性子のレジストレーション（delayed neutron registration））を含む、より複雑なプロセスに基づいている。開発されている方法は、コンテナの内容物の詳細を再現することを目的としておらず、むしろ爆発物または核分裂物質がコンテナに入っていた場合に警報信号を発生することを目的としている。低速中性子捕獲をベースにした初期の設備は１９８０年代に開発され、空港に設置され、現在、誤認警報が少ないが、高出力で稼働できる製品はない。その主な理由としては、核反応断面積（cross-section）（確率）が小さいため、低水準の応答信号となること、適切なパラメータのプローブ粒子源が欠如していること、及び粒子検知器の能力が限られていることが挙げられる。
【０００９】
（いくつかの中国のシステムを除いて）世界中で稼働している多くの貨物検査システムでは、ヴァリアンメディカルシステムズ社（Ｖａｒｉａｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）製のＬｉｎａｔｒｏｎ−Ｍの商品名で販売される機械を使用した上述の第１の方向で開発されたシステムが設置されている。この機械は、当初は医薬品及び欠陥検査のために開発されたもので、長年にわたって広く使用されてきた。１．９，３，６及び９ＭｅＶの固定電子ビームエネルギーの改良型が製造されている。９ＭｅＶの機械のサイズ及び重量は、次の通りである。
【００１０】
高さ 幅 長さ 重量
（ｃｍ） （ｃｍ） （ｃｍ） （ｋｇ）
加速ヘッド ６４ ３０ １４２ １５０
変調器 １２２ ９２ ７６ １５０
ＲＦ源 ３４ ６１ １０７ １３６
冷却／温度調節器 ５１ ７１ ６２ ７５
コントロール １８ ４８ ３０ １０
この表の１行目からもわかるように、Ｌｉｎａｔｒｏｎ−Ｍの加速ヘッドによって占有される容積は６．４ｍ×３．０ｍ×１４．２ｍ＝２７３ｍ3である。９ＭｅＶのビームを作り出すＬｉｎｔａｒｏｎ−Ｍには、およそ５ＭＷのクライストロンが必要である。
【００１１】
最近、第１の方向で開発されたものが提案されている。この提案では、異なるエネルギーの２つの電子ライナックが交互に動作して、コンテナの同じ箇所を照射する２つの終点エネルギーの制動Ｘ線放射を発生させる。Ｘ線の吸収または散乱断面積エネルギー依存度が元素ごとに異なることが、例えば、爆発物中の窒素（nitrogen）や核分裂性物質中のプルトニウム（plutonium）のような軽元素または重元素が異常に含まれていることを認識するための基礎となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、交互に動作する２つの異なるエネルギーの電子ライナックが、コンテナの同じ箇所を照射する２つの終点エネルギーの制動Ｘ線放射を発生する、上述の第１の方向をさらに改良したものである。本発明によれば、電子加速器の独自の設計により、従来使用された２つの異なるレベルを超えてエネルギーを変化させることを可能にしている。
【００１３】
本発明の電子加速器は、およそ１０００Ｈｚの繰り返し周波数で、４〜１０ＭｅＶの範囲内で４段階にエネルギーを変化させることができるビームを発生するのに使用される。したがって、本発明は、貨物検査で禁制品を発見するために、マルチエネルギー技術を採用する。
【００１４】
本発明では、同等のエネルギーのシングルライナックより小型で、より効率的で、より安価なユニークな線形加速器が使用される。それと同時に、本発明の線形加速器は４台のライナックを置き換えることができるので、本加速器に備えられたＸ線源は、同等のライナックをベースにしたＸ線源よりほぼ一桁も安価である。１つや２つではなく、複数の終点エネルギーを使用することで、元素の認識性能を大きく向上させている。
【００１５】
本発明のマルチエネルギー貨物検査システムは、元素含有量の認識性能が向上しており、およそ０．５ｍ／ｓの速度で移動しているコンテナの元素含有量を認識することができ、隠された爆発物や核分裂性物質を検出することに使用できる。
【００１６】
これら及びその他の利点は、最大電子エネルギーが１０ＭｅＶであるレーストラック型マイクロトロンを備えた小型のマルチエネルギー電子加速器から構成された本発明の貨物検査システムによって提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による貨物検査システムの概略図である。
【図２】図１の貨物検査システムで使用される線形加速器の概略図である。
【図３】Ｎ（窒素）、Ｆｅ（鉄）及びＵ（ウラン）のエネルギーの質量減衰係数を示すグラフである。
【図４】４，６，８及び１０ＭｅＶの電子エネルギーに対する制動放射スペクトルを示すグラフである。
【図５】準単色の制動放射差スペクトルを示すグラフである。
【図６】準単色スペクトルの減衰測定を示すグラフである。
【図７】Ｎ（窒素）、Ｆｅ（鉄）及びＵ（ウラン）のエネルギーの質量減衰係数を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を説明する。はじめに図１を参照すると、本発明の貨物検査システム１０が図示されている。貨物検査システム１０は、電子加速器１１を備えている。電子加速器１１は、制動Ｘ線放射のビームを発生させるタングステン（tungsten）やタンタル（tantalum）などの高原子番号の物質からなる制動放射ターゲット１２に衝突する電子源を提供する。貨物専用コンテナなど、スキャンする対象であるオブジェクト１３は、制動放射源１２と検出器１４の間を移動する。オブジェクト１３を透過した放射線は、そのオブジェクト及びその内容物によって、異なる度合で吸収または散乱され、減衰（attenuation）が検出器１４によって感知される。Ｘ線の吸収または散乱断面積のエネルギー依存度が元素ごとに異なることが、例えば、爆発物中の窒素（nitrogen）や核分裂性物質中のプルトニウム（plutonium）のような軽元素または重元素が異常に含まれていることを認識するための基礎となっている。
【００１９】
図２に詳細に図示されている電子加速器１１は小型の１０ＭｅＶレーストラック型マイクロトロン（ＲＴＭ）１５である。ＲＴＭ１５は電子ビームを発生させる電子銃１６と、通過することでビームが加速される線形加速器（ライナック）１７と、ビームを偏向させて、ライナックに戻しビームを通過させることを複数回行うための一対のエンドマグネット１８及び１９とから構成されている。ＲＴＭは複数のファストキッカーマグネット２０も有している。
【００２０】
ＲＴＭ１５の稼動時は、電子銃１６が最大エネルギーが１０ＭｅＶである電子ビームを発生させる。電子銃１６からのビームは電子ライナック１７に入り、そこで加速される。ライナック１７から出た後、ビームは、エンドマグネット１８によってライナック１７に戻るように偏向される。ビームがライナック１７から出ると、さらに他のエンドマグネット１９によって、複数あるうちのひとつのファストキッカーマグネット２０に向かって偏向される。ビームはファストキッカーマグネット２０からエンドマグネット１８に戻され、そこからライナック１７を通過する軌道を繰り返し、エンドマグネット１９の補正ダイポール（correcting dipoles）に戻る。ＲＴＭは適切なＲＦ、真空、高電圧、冷却及びコントロールを行う各システムのもとで稼動される。
【００２１】
ＲＴＭの物理的、操作上のパラメータは次の通りである：
ビームエネルギー ４，６，８，１０ＭｅＶ
動作周波数 ２８５６ＭＨｚ
同期エネルギー利得 ２ＭｅＶ
エンドマグネットの磁場 ０．４Ｔ
入射エネルギー ４０ｋｅＶ
パルスＲＦ電力 １６００ｋＷ
平均ビーム電流 １００μＡまで
繰り返し率 １０００Ｈｚまで
ＲＴＭ寸法 ７５０×２５０×１４０ｍｍ
ＲＴＭ重量 ＜６０ｋｇ
本発明のＲＴＭは、ライナックと円形加速器の利点を兼ね備えている。ＲＴＭは高強度、狭スペクトルで、正確に一定のエネルギーの電子ビームを発生させる。従来の機械と比べて、より小型で軽い重量で、電力消費も少ない。この加速器を貨物検査システムに利用した場合の主な利点は、各動作サイクルにおいて一定の段階ごとに取り出されたビームエネルギーを変更することができることであり、最大１０００Ｈｚの繰り返し周波数で続けることができ、ビームの質を維持している。
【００２２】
ＲＴＭは、ライナック１７と偏向マグネット１８及び１９との組み合わせであり、この組み合わせは電子ビームが同じライナックで複数回加速されるように構成されている。もし同じエネルギーを得るためにビームがライナックをＮ回通過した場合、ひとつのライナックだけの場合と比べると、加速場を作るのに必要となるその長さ及びＲＦ電力はＮ倍少なくなる。結果として、ＲＴＭはライナックだけの場合に比べて、より小型で安価でより効率的になる。平均電力が高いビーム（数ｋＷ以上）を発生させる場合に、ＲＴＭの使用は電流不安定性による制限を受けるが、ＲＴＭは平均電力が低・中程度の場合に最も適しており、その典型例が貨物検査システムである。
【００２３】
本発明のＲＴＭは、次の（ａ）〜（ｃ）の理由から小型にすることができる。（ａ）入射方法が特別な入射や及び複数の補正ダイポール（compensation dipoles）を必要としないため、エンドマグネット間の距離をおよそ２倍縮めることができる、（ｂ）両トランスバースプレーン（both transverse planes）におけるＲＦフォーカシング（RF focusing）を備える加速構造がＲＴＭの光学系を単純化して、長手方向の寸法を２０〜３０％短くすることができる、（ｃ）エンドマグネットが希土類永久磁石（ＲＥＰＭ）の素材からできており、これによってマグネットの体積を２〜３倍少なくすることができる。また、本発明のＲＴＭは、次の（ａ）〜（ｃ）の理由から軽量にすることができる。（ａ）１回の通過で２ＭｅＶのエネルギー利得しか発生させないので、１０ＭｅＶのライナック加速構造と比べると５〜６倍軽くすることができる、（ｂ）ＲＴＭに供給するパルスＲＴＭ ＲＦ電力が１０ＭｅＶライナックの場合よりも３〜４倍少ないので、ＲＦ源及び変調器の重量が少ない、（ｃ）ＲＥＰＭ素材で作られたエンドマグネットが電磁石よりも５０％軽い。
【００２４】
重量を減らし、寸法を短くして加速器の工学的設計を単純にするために、ＲＴＭの要素は正確に機械加工された土台に配置され、加速器全体は内部寸法がおよそ７５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１４０ｍｍで、ターボ分子ポンプで真空にされた真空箱に収められている。主なＲＴＭの要素（エンドマグネット、ライナック、土台）の合計重量は、６０ｋｇを超えない。
【００２５】
各動作サイクルで取り出されたビームエネルギーの変更は、各軌道に設置されているファストキッカーマグネット２０によって達成されており、照射プログラムによる励起はＲＴＭ ＲＦシステムの動作に同期されている。制動放射ターゲットでの電子ビームの大きさを小さく保つために、パルス四重極（pulsed quadrupoles）が使用される。
【００２６】
本発明のＲＴＭは、従来技術と比べると、大きさ及び重量に大きな利点がある。これまでに製造されたパルスＲＴＭ（ただし、原理を実証するために実験室に最初に設置される設備（first proofing principle laboratory installations）は除かれる可能性がある）は５０〜１５０ＭｅＶの範囲で動作する。およそ９〜１０ＭｅＶが標準的なエネルギーである円形マイクロトロンは、本発明のＲＴＭと比較すると巨大であり、取り出されたビームエネルギーの高速変更ができない。電子ライナックは調整された出力エネルギーで使用可能であるが、この調整は、定常波構造の場合は、ＲＦ源の電力変更、ビーム装填の変更、またはカップリングセルの再調整により行い、また、マルチセクションライナックの場合には、ＲＦ電力／位相の変更により行う。いずれの場合も、本発明のＲＴＭのビームの品質とエネルギー切替速度とは比較にならない。
【００２７】
加速ヘッドの占有体積が２７３ｍ3である上述したＬｉｎａｔｒｏｎ−Ｍと比較すると、本発明によるＲＴＭの加速ヘッドの占有体積は、およそ１０倍も少ない１．４ｍ×２．５ｍ×７．７ｍ＝２７ｍ3であり、Ｌｉｎａｔｒｏｎ−Ｍは、２．５倍重い。Ｌｉｎａｔｒｏｎ−Ｍが９ＭｅＶを発生させるのにおよそ５ＭＷのクライストロンが必要となるが、本発明による加速器では、１．６ＭＷのクライストロンで足り、そのため、ＲＦ、冷却装置及び変調器は小型で軽量にできる。
【００２８】
したがって、本発明は、現在使用されているライナックに比べてより小型で、およそ３倍軽量で、およそ３倍効率的である貨物検査システム用の１０ＭｅＶ電子加速器を提供する。本発明のビームエネルギーは、１０００Ｈｚの繰り返し周波数により２ＭｅＶ刻みで４〜１０ＭｅＶの範囲で変更可能である。これによって被検査オブジェクトの元素組成を検知する貨物検査のために、マルチエネルギー技術の採用が可能になる。
【００２９】
全てのシステム（ＲＦ、変調器、冷却装置、コントロール）を含めて、現在入手可能な１０ＭｅＶビームエネルギーのライナックの値段は、製造者によって異なるが、百万〜３百万ドルの範囲内である。全てのシステムを含む本発明によるＲＴＭはかなり安価になるはずである。ＲＴＭはマルチエネルギー技術によって、最大４つまでライナックを置き換えることができる。そのため、同等のライナックベースのシステムと比べるとおよそ１０倍の費用削減となる。
【００３０】
［動作理論］
貨物に隠された禁制品を認識するためには、特定の物質に固有に関連付けられた曝露信号（exposure signal）に対する反応（response）を取得しなければならない。外部放射によって原子核を調べることは、特定の物質の「指紋」をとるひとつの方法である。しかしながら、原子核による方法では、コンテナの内容物を視覚化することはできず、残留放射能は可能である。そのため、Ｘ線源として２〜１０ＭｅＶの電子加速器をベースにした標準的な貨物検査システムの性能を拡張することが非常に望ましい。１０ＭｅＶ未満のエネルギーをもつ電子によって生じるＸ線スペクトルでは、ほとんどの原子核についてエネルギーレベルが光核反応の閾値に足らないため、特定の物質に固有の一意の標識（label）として、原子的な過程に依存して検出を行わざるをえない。このことは、以前は５０〜２００ｋｅＶのエネルギー範囲において二重エネルギー法（dual energy method）によって行われており、最近では、この方法は４〜９ＭｅＶのより高い範囲に適用されている。Ｘ線の吸収断面積のエネルギー依存度が元素ごとに異なることが、軽元素または重元素が異常に含まれていることを認識するための基礎となっている。図３は質量減衰係数のエネルギー依存度を示している（μ／ρ）。μは減衰係数であり、ρは１〜２０ＭｅＶのエネルギーの範囲での窒素（nitrogen）、鉄（iron）、ウラン（uranium）の物質密度である。対生成過程（pair production process）は、およそ１ＭｅＶ以上のエネルギーに対する減衰係数の依存度が異なることの主な原因である。すなわち、エネルギーとともに窒素（nitrogen）は減衰し、ウラン（uranium）は増大する。
【００３１】
１〜１０ＭｅＶの範囲で高い繰り返し周波数に応じてエネルギーが変化する単色Ｘ線源があるとすると、放射された貨物の各位置ではエネルギーの減衰係数のエネルギー依存度だけが計測でき、統計上の誤差によって定義される確率によって、コンテナ全体にわたる実効原子番号の分布が推定される。しかし、そのようなＸ線源は存在しない。したがって、図４に示すように、制動放射ターゲットに衝突する異なる電子エネルギーごとに、連続スペクトルの制動放射線を用いて検出を行わなければならない。制動放射スペクトルの最大または終点エネルギーは電子エネルギーと同等である。
【００３２】
光核反応研究において、制動放射の連続スペクトルを使用して断面積のエネルギー依存度を取得するという似たような問題があったことは、しばらくの間よく知られていた。しかしながら、この問題は異なる終点エネルギーで計測した反応収率の違いを利用することで解決された。要するに、この手法は、図５に示した準単色Ｘ線スペクトルを使用する手法と同等である。準単色スペクトルの最大値は、減算されたスペクトルの終点エネルギーと等しい有効エネルギーに位置づけられる。
【００３３】
このように、二重エネルギー法において２つの電子エネルギーだけを使用することは、ひとつの有効エネルギーにおいてのみ減衰係数を測定することと等しいことは明白である。Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ（−μeffｔeff）の式で、減衰係数とともに、Ｘ線フラックスの減衰を決定する物質の有効厚さｔeffが不明なために、二重エネルギー法の物質認識性能には限界がある。
【００３４】
しかしながら、同じコンテナエリアに放射する制動放射線を発生する複数の電子エネルギーを使用することで性能は高められた。異なる４つの電子エネルギーの場合、差を利用することで、減衰積μeffｔeffは３つの有効Ｘ線エネルギーにおいて見積もることができる（図６）。有効厚さが一定であると仮定するとμeffの相対エネルギー依存度を得ることができる。本発明によれば、ＧＥＡＮＴコードによる広範なコンピュータシミュレーションを行って、物質の認識のためのマルチエネルギー技術の詳細を入念に決定し、未加工の検知器情報の開発のための高い生産性のソフトウェアを作成する。
【００３５】
マルチエネルギー電子加速器を備えた貨物検査システムにおける物質の認識のためにマルチエネルギー技術を採用する本発明を使用することによって、有効物質減衰係数のエネルギー依存度を取得できる可能性があるため、二重エネルギー法に比べて物質の認識性能が２倍または３倍向上する。同時に、本発明によれば、最大１０００Ｈｚの繰り返し周波数のパルスビームにより、貨物検査システムの生産性が２０〜３０％向上する。
【００３６】
本発明については、貨物専用コンテナのような大型のオブジェクトの検査に関して説明してきたが、マルチエネルギー技術は小型及び中型のオブジェクトを検査できる低いエネルギー（５０〜２００ｋｅＶ）範囲にも適用可能である。
【００３７】
図７は、質量減衰係数のエネルギー依存度（μ／ρ）を示している。μは減衰係数であり、ρは１〜１０００ｋｅＶのエネルギーの範囲での窒素（nitrogen）、鉄（iron）及びウラン（uranium）の物質密度である。このエネルギーの範囲では、光電相互作用がＸ線減衰の主な原因であり、原子番号Ｚに対する質量減衰係数の強い依存度が引き起こされる。この原子番号Ｚに対する強い依存度が、小型または中型のオブジェクトの物質認識においての二重エネルギー法が成功していることの基礎となっている。重元素を正確に認識するために特に重要なのは、減衰係数に見られ、特定の原子殻の励起に関連付けられた吸収ピークである。さらなる改良としては、低いエネルギーにおける複数の制動放射スペクトルのフィルタリングの実現性を大幅に高めることがあり、このことによって、本質的なスペクトル波形の修正が可能となる。
【００３８】
このように、複数の準単色Ｘ線スペクトルを使用すると、物質認識の性能の向上と、誤認警報信号の回数を減らすことにつながることは明らかである。上述の制動放射差スペクトル技術は、このエネルギーの範囲に適用することができる。しかしながら、レーストラック型マイクロトロン１０を使用して、５０〜２００ｋｅＶの低エネルギーの電子ビームを生成することが、経済的にも技術的にも見合わない場合があり、二重エネルギー法で使用する電子ビームの発生技術を使用してもよい。他の方法としては、相対論的電子（relativistic electrons）に対する強力なレーザービームのコンプトン散乱（Compton scattering）によって発生される準単色Ｘ線放射を使用して、適切な低エネルギーの電子ビームを発生させることができる。
【００３９】
当然のことながら、ここで説明した実施の形態は本発明の代表的なものにすぎず、本発明を特定の実施の形態に限定することは意図しておらず、本発明は添付の特許請求の範囲に属する全ての実施の形態を含むものである。付加的利点及び修正は、当業者であれば容易に想定されるであろう。したがって、より広範な態様の本発明は、ここで示され、記述された詳細情報及び説明に役立つ実例に限定されない。それゆえに、添付の特許請求の範囲及び均等な範囲において定義された全体的な発明の概念の精神と範囲から逸脱することなく、様々な修正が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最大電子エネルギーが１０ＭｅＶであるレーストラック型マイクロトロンを備えた小型のマルチエネルギー電子加速器を備えることを特徴とする貨物検査システム。
【請求項２】
前記電子加速器が、少なくとも３つの異なった電子エネルギーの電子ビームを発生させることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項３】
前記電子加速器が４つの異なった電子エネルギーの電子ビームを発生させるが、前記各電子エネルギーのいずれもが１０ＭｅＶを超えないことを特徴とする請求項２に記載の貨物検査システム。
【請求項４】
前記マイクロトロンが、補正ダイポール（compensation dipoles）を使用せずに線形加速器に電子ビームを直接入射する電子銃を備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項５】
前記マイクロトロンが、
電子ビームを作り出す電子銃と、
前記電子ビームを加速する線形加速器と、
前記電子ビームを偏向させて、前記線形加速器に戻して前記電子ビームを通過させることを複数回行うための一対のエンドマグネットを備えていることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項６】
前記マイクロトロンが、両トランスバースプレーン（both transverse planes）にＲＦフォーカシング（RF focusing）を備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項７】
前記マイクロトロンが、希土類永久磁石素材から成るエンドマグネットを備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項８】
前記マイクロトロンからの電子ビームが向けられ、それに反応して制動放射線を発生させる制動放射ターゲットと、
オブジェクトからの放射線の減衰を感知する検出器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項９】
前記マイクロトロンの長さが、実質的に１０メートルより短いことを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項１０】
前記マイクロトロンの重量が、実質的に６０ｋｇより少ないことを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項１１】
マルチエネルギーを用いた貨物専用コンテナの内容物を検査する方法であって、
第１のエネルギーレベルの第１の放射線を前記コンテナに向けるステップと、
交互に第２のエネルギーレベルの第２の放射線を前記コンテナに向けるステップと、
交互に第３のエネルギーレベルの第３の放射線を前記コンテナに向けるステップと、
各エネルギーレベルで向けられた前記放射線に応じた前記コンテナからの前記放射線を検出するステップと、
前記コンテナの前記内容物を決定するために、検出された放射線を分析するステップとを実施することを特徴とするマルチエネルギーを用いた貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１２】
交互に第４のエネルギーレベルの第４の放射線を前記コンテナに向けるステップを更に実施することを特徴とする請求項１１に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１３】
前記第１のエネルギーレベル、前記第２のエネルギーレベル及び前記第３のエネルギーレベルのいずれもが１０ＭｅＶを超えないことを特徴とする請求項１１に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１４】
前記第１の放射線、前記第２の放射線及び前記第３の放射線の全てが、３つの異なるエネルギーレベルの電子ビームを発生させることが可能な１つの電子加速器を用いて発生されることを特徴とする請求項１１に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１５】
最大電子エネルギーが１０ＭｅＶであるレーストラック型マイクロトロンを備えた小型のマルチエネルギー電子加速器を用いて前記放射線が発生されることを特徴とする請求項１４に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１６】
電子ビームを作り出す電子銃と、
前記電子ビームが加速される線形加速器と、
前記電子ビームを偏向させ、前記線形加速器に戻して前記電子ビームを通過させることを複数回行うための一対のエンドマグネットを備える前記マイクロトロンによって前記複数の放射線が発生されることを特徴とする請求項１５に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１】
最大電子エネルギーが１０ＭｅＶであるレーストラック型マイクロトロンを備えた小型のマルチエネルギー電子加速器を備えることを特徴とする貨物検査システム。
【請求項２】
前記電子加速器が、少なくとも３つの異なった電子エネルギーの電子ビームを発生させることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項３】
前記電子加速器が４つの異なった電子エネルギーの電子ビームを発生させるが、前記各電子エネルギーのいずれもが１０ＭｅＶを超えないことを特徴とする請求項２に記載の貨物検査システム。
【請求項４】
前記マイクロトロンが、補正ダイポール（compensation dipoles）を使用せずに線形加速器に電子ビームを直接入射する電子銃を備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項５】
前記マイクロトロンが、
電子ビームを作り出す電子銃と、
前記電子ビームを加速する線形加速器と、
前記電子ビームを偏向させて、前記線形加速器に戻して前記電子ビームを通過させることを複数回行うための一対のエンドマグネットを備えていることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項６】
前記マイクロトロンが、両トランスバースプレーン（both transverse planes）にＲＦフォーカシング（RF focusing）を備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項７】
前記マイクロトロンが、希土類永久磁石素材から成るエンドマグネットを備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項８】
前記マイクロトロンからの電子ビームが向けられ、それに反応して制動放射線を発生させる制動放射ターゲットと、
オブジェクトからの放射線の減衰を感知する検出器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項９】
前記マイクロトロンの長さが、実質的に１０メートルより短いことを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項１０】
前記マイクロトロンの重量が、実質的に６０ｋｇより少ないことを特徴とする請求項１に記載の貨物検査システム。
【請求項１１】
マルチエネルギーを用いた貨物専用コンテナの内容物を検査する方法であって、
第１のエネルギーレベルの第１の放射線を前記コンテナに向けるステップと、
交互に第２のエネルギーレベルの第２の放射線を前記コンテナに向けるステップと、
交互に第３のエネルギーレベルの第３の放射線を前記コンテナに向けるステップと、
各エネルギーレベルで向けられた前記放射線に応じた前記コンテナからの前記放射線を検出するステップと、
前記コンテナの前記内容物を決定するために、検出された放射線を分析するステップとを実施することを特徴とするマルチエネルギーを用いた貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１２】
交互に第４のエネルギーレベルの第４の放射線を前記コンテナに向けるステップを更に実施することを特徴とする請求項１１に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１３】
前記第１のエネルギーレベル、前記第２のエネルギーレベル及び前記第３のエネルギーレベルのいずれもが１０ＭｅＶを超えないことを特徴とする請求項１１に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１４】
前記第１の放射線、前記第２の放射線及び前記第３の放射線の全てが、３つの異なるエネルギーレベルの電子ビームを発生させることが可能な１つの電子加速器を用いて発生されることを特徴とする請求項１１に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１５】
最大電子エネルギーが１０ＭｅＶであるレーストラック型マイクロトロンを備えた小型のマルチエネルギー電子加速器を用いて前記放射線が発生されることを特徴とする請求項１４に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【請求項１６】
電子ビームを作り出す電子銃と、
前記電子ビームが加速される線形加速器と、
前記電子ビームを偏向させ、前記線形加速器に戻して前記電子ビームを通過させることを複数回行うための一対のエンドマグネットを備える前記マイクロトロンによって前記複数の放射線が発生されることを特徴とする請求項１５に記載の貨物専用コンテナの内容物検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００９−５１０４８４（Ｐ２００９−５１０４８４Ａ）
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４００２６（Ｐ２００８−５４００２６）
【出願日】平成１８年１０月２日（２００６．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３８４９５
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８２４６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（５０８０９７４６７）ハザードスキャン インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２日（２００６．１０．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３８４９５
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８２４６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（５０８０９７４６７）ハザードスキャン インコーポレイテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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